Varilne lastnosti avstenitnega nerjavnega jekla: Med varjenjem se pojavijo znatne elastične in plastične napetosti in deformacije, kljub temu pa do hladnih razpok pride redko. Zvarjeni spoji ne kažejo območij utrjevanja-ali znatnega zgrobljenja zrn, kar ima za posledico visoko natezno trdnost zvarnega šiva.
Ključna vprašanja pri varjenju avstenitnega nerjavnega jekla: znatne varilne deformacije; dovzetnost za vroče razpoke zaradi značilnosti meja zrn in občutljivost na določene nečistoče v sledovih (kot sta S in P).
Slika
Slika
Pet glavnih vprašanj pri varjenju in ukrepi za ublažitev za avstenitno nerjavno jeklo
01
Tvorba kromovega karbida zmanjša odpornost zvarnega spoja proti interkristalni koroziji.
Interkristalna korozija: v skladu s teorijo izločanja -kroma, ko se zvarni šiv in toplotno{1}}prizadeta cona (HAZ) segrejeta v temperaturnem razponu občutljivosti od 450 stopinj do 850 stopinj, se na mejah zrn obarjajo kromovi karbidi. Zaradi tega na mejah nastanejo-območja brez kroma, zaradi česar se ne morejo učinkovito upreti koroziji.
(1) Za ublažitev interkristalne korozije v zvarnem šivu in korozije v območju občutljivosti osnovne kovine se lahko sprejmejo naslednji ukrepi:
a. Zmanjšajte vsebnost ogljika tako v osnovni kovini kot v kovini zvara. Osnovni kovini dodajte stabilizacijske elemente (kot sta Ti ali Nb), da prednostno tvorite karbide tipa MC- in s tem preprečite nastanek Cr₂3C₆.
b. Ustvarite dvo{1}}fazno mikrostrukturo v zvarnem šivu, sestavljeno iz avstenita in majhne količine ferita. Prisotnost ferita izboljša zrnato strukturo in poveča celotno površino meje zrna, s čimer se zmanjša količina izločanja kromovega karbida na enoto površine meje zrna.
Krom je bolj topen v feritu, zato se Cr₂₃C₆ tvori prednostno znotraj feritne faze, namesto da bi izčrpal krom na mejah avstenitnih zrn. Poleg tega ferit, razpršen v avstenitni matrici, deluje kot ovira, ki preprečuje širjenje korozije v material vzdolž meja zrn.
c. Nadzorujte čas zadrževanja znotraj temperaturnega območja preobčutljivosti. Prilagodite termični cikel varjenja, da zmanjšate čas, porabljen med 600 stopinjami in 1000 stopinjami; V ta namen lahko izberete metode varjenja z visoko-energijsko-gostoto (kot je varjenje s plazemskim oblokom). Uporabite manjšo porabo toplote pri varjenju; očistite zadnji del zvara z argonom ali uporabite bakreno podlago, da povečate hitrost hlajenja zvarjenega spoja; zmanjšajte število zagonov in zaustavitev obloka, da se izognete ponavljajočemu segrevanju; in pri več-varjenih zvarih površino, ki bo v stiku s korozivnim medijem, zvarite zadnjo, kadar koli je to mogoče.
d. Izvedite obdelavo z-raztopino za varjenje ali stabilizacijsko žarjenje (850 stopinj –900 stopinj), čemur sledi zračno hlajenje, da zagotovite popolno izločanje karbida in pospešite difuzijo kroma.
Slika
(2) Napad -niže z nožem (oblika lokalizirane korozije) v zvarjenih spojih; se lahko sprejmejo naslednji preventivni ukrepi:
Zaradi visoke difuzivnosti ogljika se med ohlajanjem loči na mejah zrn in ustvari prenasičeno stanje, medtem ko Ti in Nb ostaneta v zrnih zaradi nizke difuzivnosti. Ko se zvarni spoj ponovno segreje znotraj temperaturnega območja občutljivosti, se prenasičen ogljik izloči na mejah zrn v obliki Cr₂3C₆.
a. Zmanjšajte vsebnost ogljika. Pri nerjavnih jeklih, ki vsebujejo stabilizacijske elemente, vsebnost ogljika ne sme presegati 0,06 %.
b. Uporabite ustrezne postopke varjenja. Izberite nižjo porabo toplote pri varjenju, da skrajšate čas zadrževanja pregretega območja pri visokih temperaturah, in pazite, da se med varjenjem izognete "vmesni-temperaturni preobčutljivosti".
Pri dvo-stranskem varjenju je treba zvar, ki je v stiku s korozivnim medijem, nanesti nazadnje (zato se notranje varjenje izvaja po zunanjem varjenju pri debelo-stenskih varjenih cevi velikega-premera). Če to ni izvedljivo, je treba varilne parametre in geometrijo zvara prilagoditi tako, da se zmanjša preobčutljivostno segrevanje pregretega območja, ki bo v stiku s korozivnim medijem.
c. Toplotna obdelava-po varjenju. Po varjenju izvedite obdelavo z raztopino ali stabilizacijsko obdelavo.
Slika
02
Razpoke zaradi napetostne korozije
Za preprečevanje razpok zaradi napetostne korozije se lahko sprejmejo naslednji ukrepi:
a. Pravilna izbira materiala in ustrezna prilagoditev sestave zvara. Cr-Ni avstenitna nerjavna jekla visoke-čistosti, Cr-Ni avstenitna nerjavna jekla z visoko-silicijem, feritna-avstenitna nerjavna jekla in feritna nerjavna jekla z visoko-kromovo vsebnostjo kažejo dobro odpornost proti napetostni koroziji; varjena kovina z avstenit-feritno dupleksno strukturo nudi tudi dobro odpornost.
b. Odpravite ali zmanjšajte preostali stres. Izvedite toplotno obdelavo za-razbremenitev-napetosti po varjenju in uporabite mehanske metode, kot so poliranje, drobljenje in udarjanje (udarjanje s kladivom), da zmanjšate površinsko preostalo napetost.
c. Racionalna konstrukcijska zasnova, da se izognemo večjim koncentracijam napetosti.
Slika
03
Varjenje vročih razpok (razpoke zaradi strjevanja zvarov, razpoke utekočinjenega območja-vpliva)
Dovzetnost za vroče razpoke je odvisna predvsem od kemične sestave, mikrostrukture in lastnosti materiala. Nikelj (Ni) z nečistočami, kot sta žveplo (S) in fosfor (P), zlahka tvori spojine z nizkim -tališčem- ali evtektike; ločevanje elementov, kot sta bor (B) in silicij (Si), prav tako spodbuja vroče razpoke.
Varjeni šivi ponavadi tvorijo grobo stebrasto zrnato strukturo z močno usmerjenostjo, kar olajša ločevanje škodljivih nečistoč in elementov. To spodbuja nastanek neprekinjenih intergranularnih tekočih filmov, s čimer se poveča dovzetnost za vroče razpoke. Ne-enakomerno segrevanje med varjenjem lahko povzroči znatne natezne napetosti, kar dodatno spodbuja nastanek vročih razpok.
Preventivni ukrepi:
a. Strogo nadzorujte vsebnost škodljivih nečistoč, kot sta S in P.
b. Prilagodite mikrostrukturo kovine zvara. Zvari z dupleksno (dvo-fazno) mikrostrukturo kažejo dobro odpornost proti razpokam; delta (δ) faza v zvaru prečisti zrna, odpravi usmerjenost eno-faznega avstenita in zmanjša ločevanje škodljivih nečistoč na mejah zrn. Poleg tega lahko δ faza raztopi večje količine S in P in zmanjša medfazno energijo, s čimer zavira tvorbo intergranularnih tekočih filmov.
c. Prilagodite sestavo zlitine zvara. Ustrezno povečanje vsebnosti Mn, C in N v eno-faznem avstenitnem jeklu in dodajanje elementov v sledovih, kot so cerij (Ce), cirkonij (Zr) ali tantal (Ta)-ki izboljšajo mikrostrukturo zvara in očistijo meje zrn-lahko zmanjšajo dovzetnost za vroče razpoke.
d. Procesni ukrepi. Zmanjšajte pregrevanje zvarnega bazena, da preprečite nastanek grobih stebrastih zrn; uporabite nizek vnos toplote (nizka linearna energija) in majhne -prečne-zvarne kroglice.
Na primer, avstenitna jekla tipa 25-20 so nagnjena k razpokanju zaradi utekočinjenja. Ukrepi za ublažitev tega vključujejo strogo omejevanje vsebnosti nečistoč in velikosti zrn v osnovni kovini, uporabo metod varjenja z visoko-energijsko gostoto, uporabo nizkega vnosa toplote in povečanje hitrosti ohlajanja spoja. Slika
04
Krhkost varjenih spojev
Pri toplotno{0}}odpornih jeklih je treba zagotoviti duktilnost zvarjenih spojev, da se prepreči-temperaturna krhkost; za nizko{2}}temperaturna jekla je potrebna dobra nizko{3}}temperaturna žilavost, da se prepreči krhek lom zvarjenih spojev pri nizkih temperaturah.
Slika
05
Pomembna varilna deformacija
Zaradi nizke toplotne prevodnosti in visokega koeficienta toplotnega raztezanja je varilna deformacija znatna; za preprečevanje tega lahko uporabite napeljave. Izbira varilnih metod in materialov za avstenitno nerjavno jeklo:
Avstenitno nerjavno jeklo je mogoče variti z metodami, kot so varjenje z volframovim inertnim plinom (TIG), varjenje s kovinskim inertnim plinom (MIG), varjenje s plazemskim oblokom (PAW) in varjenje pod praškom (SAW).
Avstenitno nerjavno jeklo ima nizko tališče, nizko toplotno prevodnost in visoko električno upornost; zato se uporabljajo nižji varilni tokovi. Uporabiti je treba ozke zvarne šive in ozke zvarne kroglice, da zmanjšate čas zadrževanja pri visoki-temperaturi, preprečite obarjanje karbida, zmanjšate napetost pri krčenju zvara in zmanjšate dovzetnost za vroče razpoke.
Sestava dodatkov za varjenje-zlasti legirnih elementov, kot sta Cr in Ni-mora biti višja od sestave navadne kovine. Dodatni material za varjenje, ki vsebuje majhno količino (4 %–12 %) ferita, se uporablja za zagotovitev dobre odpornosti na razpoke (proti hladnim razpokam, vročim razpokam in razpokam zaradi napetostne korozije) v zvarnem šivu.
Kadar je prisotnost feritne faze v zvarnem šivu prepovedana ali nemogoča, je treba izbrati varilne dodatke, ki vsebujejo legirne elemente, kot sta Mo in Mn.
Vsebnosti C, S, P, Si in Nb v dodatkih za varjenje morajo biti čim nižje; medtem ko lahko Nb povzroči razpoke zaradi strjevanja v popolnoma avstenitnih zvarnih šivih, lahko prisotnost majhne količine ferita v zvarnem šivu to učinkovito prepreči.
Potrošni material za varjenje, ki vsebuje Nb, je običajno izbran za varjene konstrukcije, ki zahtevajo stabilizacijo po -varjenju ali obdelavo za-zmanjšanje napetosti. Varjenje pod praškom se uporablja za srednje{3}}debele plošče; izgorevanje Cr in Ni se lahko nadomesti s prenosom legirnih elementov iz talila in varilne žice.
Zaradi globoke penetracije je treba paziti, da preprečite vroče razpoke v središču zvarnega šiva in da se izognete zmanjšanju odpornosti proti koroziji v toplotno-prizadetem območju (HAZ). Pozornost je treba posvetiti izbiri tanjših varilnih žic in nižji vložki toplote; varilna žica mora imeti nizko vsebnost Si, S in P.
Vsebnost ferita v toplotno{0}}odpornih zvarih iz nerjavnega jekla ne sme presegati 5 %. Za avstenitna nerjavna jekla z vsebnostjo Cr in Ni nad 20 % je treba uporabiti varilno žico z visoko-manganom (6 %–8 %) in bazični ali nevtralni prašek; to preprečuje nabiranje silicija v zvaru in povečuje odpornost proti razpokam.
Talila, posebej zasnovana za avstenitno nerjavno jeklo, povzročijo minimalen prevzem silicija in lahko prenesejo legirne elemente v zvar, da nadomestijo izgube pri izgorevanju, s čimer izpolnjujejo zahteve glede lastnosti zvara in kemične sestave.
